固体图像传感器CCD与CMOS的对比
ccd和cmos的异同
ccd和cmos的异同CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
一般而言普通的数码相机中使用CCD芯片的成像质量要好一些。
CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
一般而言普通的数码相机中使用CCD 芯片的成像质量要好一些。
CCD 是目前比较成熟的成像器件，CMOS 被看作未来的成像器件。
CCD 与 CMOS 相同之处两种类型的传感器都以完全相同的方式检测光。
入射光子撞击硅原子，硅原子是半导体。
当发生这种情况时，原子中的一个电子被提升到更高的能级（轨道），称为导带。
硅通常表现得像绝缘体，所以它的电子不能四处移动。
但是一旦电子被提升到导带，就可以自由地移动到其他相邻的原子，就像硅是金属一样。
什么是绝缘体变成导体–这就是硅被称为半导体的原因。
在光学传感器中，这些现在可移动的电子被称为光电子。
两种类型的传感器都使用像素。
像素只是硅的一个小方形区域，它收集并保持这些光电子。
通常的比喻是田间的一系列水桶，每个都收集雨水。
如果你想知道在该领域的任何部分下雨了多少，你只需要测量每个桶的充满程度。
到目前为止，CCD 和CMOS 的一切都是一样的; 这是一个非常不同的测量过程。
CCD 与 CMOS 不同之处电荷耦合器件（CCD）是更老，更成熟的技术。
这些芯片采用NMOS 或 PMOS 技术制造，这种技术在 70 年代很流行，但在今天很少使用。
在读出期间，CCD 将电子从像素移动到像素，就像桶式旅一样。
它们通过传感器一角的读出放大器一个接一个地移出。
这样做的最大好处是每个像素都以相同的方式测量。
使用单个读出放大器使读出过程非常一致。
这样可以生成具有低固定模式噪声和读取噪声的高质量数据。
像素中也没有浪费的空间，这是 CMOS 传感器的问题。
CCD和CMOS的比较解读
(a)单读示
（b）双读示
图5-3 光敏元件与移位寄存器分离式结构
这种结构采用光敏二极管阵列作为感光元件， 光敏二极管在受到光照时，便产生相应于入射光量 的电荷。 再经过电注入法将这些电荷引入CCD电容器阵 列的陷阱中，便成为用光敏二极管感光的CCD图像 传感器。 它的灵敏度极高，在低照度下也能获得清晰的 图像，在强光下也不会烧伤感光面。 CCD电容器阵列在这里只起移位寄存器的作用。 图5-4给出了分离式的2048位MOS电容器线阵 CCD电荷耦合器件示意图。
5.1.2 CCD图像传感器 MOS电容器实质上是一种光敏元件与移位寄存 器合而为一的结构，称为光积蓄式结构，这种结构 最简单。 但是因光生电荷的积蓄时间比转移时间长得多， 所以再生图像往往产生“拖尾”，图像容易模糊不 清。 另外，直接采用MOS电容器感光虽然有不少优 点，但它对蓝光的透过率差，灵敏度低。 现在更多地在CCD图像传感器上使用的是光敏 元件与移位寄存器分离式的结构，如图5-3所示。
5.1.1
图5-1 CCD电荷耦合器件
每一个MOS电容器实际上就是一个光敏元件。 当光照射到MOS电容器的P型硅衬底上时，会 产生电子空穴对（光生电荷），电子被栅极吸引存 储在陷阱中。入射光强，则光生电荷多，入射光弱， 则光生电荷少。 无光照的MOS电容器则无光生电荷。 若停止光照，由于陷阱的作用，电荷在一定时 间内也不会消失，可实现对光照的记忆。MOS电容 器可以被设计成线阵或面阵。一维的线阵接收一条 光线的照射。二维的面阵接收一个平面的光线的照 射。 CCD摄像机、照相机光电转换如图5-2所示。
5.1
CCD电荷耦合器件 CCD电荷耦合器件是按一定规律排列的 MOS（金属—氧化物—半导体）电容器组成 的阵列，其构造如图5-1所示。 在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约 1200A）的二氧化硅，再在二氧化硅薄层上 依次沉积金属或掺杂多晶硅形成电极，称为 栅极。该栅极和P型或N型硅衬底就形成了规 则的MOS电容器阵列。 再加上两端的输入及输出二极管就构成了 CCD电荷耦合器件芯片。
CCD传感器与CMOS传感器的区别
CCD传感器与CMOS传感器的区别CCD是电荷耦合器件(charge-coupled device), 它使⽤⼀种⾼感光度的半导体材料（p-Si）制成，能把光转变成电荷。
在⼀个⽤于感光的CCD中，有⼀个光敏区域（硅的外延层），和⼀个由移位寄存器制成的传感区域。
图像通过透镜投影在⼀列电容上（光敏区域），导致每⼀个电容都积累⼀定的电荷，⽽电荷的数量则正⽐于该处的⼊射光强。
如图在栅电极（G）中，施加正电压会产⽣势阱（黄），并把电荷包（电⼦，蓝）收集于其中。
只需按正确的顺序施加正电压，就可以传导电荷包，如图1所⽰。
图1 CCD像元及转移⽰意图多个像素电荷转移如图2所⽰，⼀旦电容阵列曝光，⼀个控制回路将会使每个电容把⾃⼰的电荷传给相邻的下⼀个电容（传感区域）。
图2 多像元转移⽰意图阵列中最后⼀个电容⾥的电荷，则将传给⼀个电荷放⼤器，并被转化为电压信号。
通过重复这个过程，控制回路可以把整个阵列中的电荷转化为⼀系列的电压信号，如图3所⽰。
图3 CCD读出电路⽰意图CMOS是互补型⾦属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）主要是利⽤硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和 P（带+电）级的半导体，利⽤这个⼯艺产⽣的成像传感器称为CMOS成像传感器。
⽬前其基本结构是⼀个光电⼆极管，⼀个浮置栅，传输门，复位门，选择们以及源级跟随读出管构成，称为4T单元结构。
如图4所⽰。
图4 典型的4管像元结构其他结构有三管结构和⼆管结构，如图5所⽰。
图5 三管像元结构(左)和⼆管像元结构(右)CCD图像传感器和CMOS图像传感器的主要区别如下：1.成像过程CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理相同，都是把光⼦转换为电荷，如图6所⽰图6 光电转换⽰意图在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，⽽CMOS是集成在被称做⾦属氧化物的半导体材料上，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有⼀个（或少数⼏个）输出节点统⼀读出，其信号输出的⼀致性⾮常好；⽽CMOS芯⽚中，每个像素都有各⾃的信号放⼤器，各⾃进⾏电荷-电压的转换，其信号输出的⼀致性较差，数以百万的放⼤器的不⼀致性却带来了更⾼的固定噪声，这⼜是CMOS相对CCD的固有劣势。
CCD和CMOS图像传感器的不同之处
CCD和CMOS图像传感器的不同之处CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photod iode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
如下图所示，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。
造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个象素的数据。
左图为CCD传感器的结构，右图为CMOS传感器的结构由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括：1. 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。
2. 成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。
3. 分辨率差异：如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。
CCD与CMOS的差异对比
CCD与CMOS的差异对比
1、CMOS－采用滚动曝光（rolling shutter）,在监控目标物品快速移
动时画面容易产生拖尾、重影(见图一)，并容易产生色飘（见图二）
图一
图二
2、CMOS－采用全景曝光（global shutter）,每一帧图像都可清晰、
适合的图像分辨率，在监控目标快速移动时画面真实，适合大型平安城市治安及路面监控的需求（图三、图四）。
图三
图四
3、CMOS－没有快门概念，在高亮场景会出现过度曝光现象
4、CCD－可以设置快门，也可适应外界光线的变化（快门值
1/50`~1/10000连续可调），另通过设置快门可对快速运动物体捕捉。
5、摄像机的清楚度取决于图像传感器的性能，CCD与CMOS两种感
光芯片相比，CCD传感器在低照度、分辨率、噪声控制、高质量图像输出、动态影像表现方面都要优于COMS，所以绝大部分专业摄像机仍是选择CCD作为感光芯片，且高清百万像素网络摄像机选用的Sony最高级ICX系列感光芯片具超低敏捷度照度，在黑暗的环境下取得更清楚的图像，是普通摄像机无法实现的。
6、武汉市公安局在《武汉市城市视频监控系统适用产品供货资格（第
一批）政府采购项目》招标文件中对IP摄像机产品要求“采用1/3英寸CCD传感器”。
ccd与cmos的区别及六大硬件技术指标
ccd与cmos的区别及六大硬件技术指标CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。
当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CCD的比较显著特点是：1.技术成熟2.成像质量高3.灵敏度高，噪声低，动态范围大;4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像;5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确。
评价一个CCD传感器好坏的指标有很多，例如像素数、CCD尺寸、信噪比等等。
其中像素数以及CCD的尺寸是最重要的指标。
像素数是指CCD上感光元件的数量。
我们可以把我们所拍摄到的画面理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。
显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果CCD没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响。
因此，CCD的像素数量应该越多越好。
但是为了得到更好的画质而增加了CCD的像素数后又必定会导致一个问题，那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。
所以针对成本等一系列的问题，一种成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS传感器横空出世了。
CMOS本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。
CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带负电的N极和带正电的P极的半导体，这两个一正一负互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和转换成影像。
后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。
CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。
CMOS 图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成，这几部分通常都被集成在同一块硅片上。
其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
CMOS的光电信息转换功能与CCD的基本相似，区别就在于这两种传感器的光电转换后信息传送的方式不同。
CMOS与CCD的灵敏度比较
CMOS和CCD是两种不同的光电转换技术，两者也经历了不同的技术发展阶段。
当前CMOS图像传感器科技发展迅猛，整个安防领域从Sensor端开始竞争白热化，在Ipcam、模拟高清的噱头效应下，已经很少有人关注CCD，这从绝大多数安防企业不再向Sony下计划，以及传闻Sony计划停产CCD就能看出端倪。
但从CMOS和CCD的比较而言，了解两者之间的差异，在琳琅满目的传感器应用方案面前，根据实际应用进行选择，选对方案，有很重要的实际意义，特别是在激烈竞争中的战略选型。
下面就两种图像传感技术的主要特点差异在应用端的实际意义进行简单的描述。
CCD图像传感器和CMOS图像传感器的主要技术指标有像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率和信噪比，等等。
帧率代表单位时间所记录或者播放的图片的数量，连续播放一系列图片就会产生动画效果，根据人类的视觉系统，当图片的播放速度大于15幅/秒的时候，人眼就基本看不出来图片的跳跃;在达到24幅/s～30幅/s之间时就已经基本觉察不到闪烁现象了。
每秒的帧数，或者帧率表示图形传感器在处理场时每秒钟能够更新的次数。
高的帧率可以得到更流畅、更逼真的视觉体验。
靶面尺寸，也就是图像传感器感光部分的大小。
一般用英寸来表示，和电视机一样，通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度，如常见的有1/3英寸，靶面越大，意味着通光量越好，而靶面越小则比较容易获得更大的景深。
比如1/2英寸可以有比较大的通光量，而1/4英寸可以比较容易获得较大的景深。
自Sony创造Super HAD CCD到EXVIEW HAD CDD一直统治着CCD 甚至整个安防领域的市场。
除了品牌效应、品质信心、需求惯性以外，是因为CCD最大的产品特性就是感光灵敏度更好，EXVIEW HAD CCD更是在近红外成像部分有更大的突破，夜视效果更佳出色。
国产MCCD采取首创三级Fd技术，更是在CCD基础上取得了更高的灵敏度和动态范围，可以呈现更完美的夜视效果。
CCD COMS对比
CCD COMS对比
1: COMS OV7950是美国OV公司生产，为1/4英寸图像传感器。
2: CCD是SONY公司生产的，有1/4英寸同1/3英寸：
1/4英寸有：PAL：ICX227 (普照) NTSC：ICX226(普照)
ICX643(低照) ICX642(低照)
1/3英寸有：PAL：ICX405(普照) NTSC：ICX404(普照)
ICX633(低照) ICX632(低照)
低照比普照照度更低，但信噪较普照大。
1/3英寸CCD比1/4英寸CCD的角度大，在同等角度情况下变形较小，感光和动态范围都比较好。
3: CCD比COMS的优点有以下两点：
1:图像方面：在同等像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。
而COMS的产品通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝
光也都不好，由于自身物理特性的原因，COMS的成像和CCD还有一定距离。
2:光潽响应特性：人眼能看到1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标，CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux，是COMS传感器的3到10倍。
COMS传感器的感
光度一般在6~15Lux的范围内，COMS传感器有固定比CCD传感器高10倍的
噪音，固定的图案噪音始终停留在屏幕上好像那就是一个图案，因为COMS
传感器在10Lux以下基本没用。
CCD与CMOS传感器的不同点.
什么是CCD与CMOS传感器CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge CoupledDevice），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。
CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。
当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD 一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。
CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。
在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。
一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。
CMOS和CCD成像系统优劣之争
智能传感技术大作业CMOS和CCD成像系统优劣之争班级：021152学号：02115098姓名：李东櫆CMOS和CCD成像系统优劣之争【摘要】随着多媒体、数字电视、数码相机、可视通信等领域的热度逐渐增加，CMOS 图像传感器的应用前景更加广阔。
以数码相机为例，短短几年内，其分辨率就由几十万像素，发展到1000万、2000万像素甚至更高。
CMOS图像传感器逐步侵占传统上由CCD图像传感器覆盖的应用领域，图像传感器的领域正面临着一个重大转折。
而对于CMOS和CCD的优劣，业界也有着很大的争执。
本文将分析CMOS和CCD的成像原理，比较两者在成像质量等各方面的优劣。
一、CCD传感器工作原理电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），是一种新型光电转换器件，用一种高感光度的半导体材料制成，它能存储由光产生的信号电荷。
当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。
通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存。
它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。
它具有光电转换、信息存贮和延时等功能。
CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。
每个像元就是一个MOS 电容器(大多为光敏二极管)，它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A～1500A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。
当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。
光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子－空穴对，电子－空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。
这些信号电荷储存在由电极形成的“势阱”中。
MOS电容器的电荷储存容量可由下式求得：QS=Ci×VG×A式中：QS是电荷储存量；Ci是单位面积氧化层的电容；VG是外加偏置电压；A是MOS电容栅的面积。
CCD与COMS的比较
CCD和COMS一、名词解释CCD—英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合原件，也可以成为CCD图像传感器。
一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
COMS—英文全称：Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体。
电压控制的一种放大器件，是组成COMS数字集成电路的基本单元。
二、概况介绍CCD结构CCD结构包含感光二极管、并行信号寄存器、信号放大器、数模转换器ⅰ.感光二极管（photodiode）ⅱ.并行信号寄存器（shift register）：用于暂时储存感光后产生的电荷。
ⅲ.信号放大器：用于放大微弱电信号。
ⅳ.数模转换器：将放大的电信号转换成数字信号。
CCD的工作原理由微型镜头、分色滤色片、感光层等三层1. 微型镜头微型镜头为CCD的第一层，我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。
但是提高采光率的办法也容易使画质下降。
这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。
因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。
2. 分色滤色片分色滤色片为CCD的第二层，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。
首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是Red, Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。
再说CMYK，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。
在印刷业中，CMYK更为适用，但其调节出来的颜色不及RGB的多。
原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。
因此，大家可以注意，一般采用原色CCD的数码相机，在ISO感光度上多半不会超过400。
CCD和CMOS的比较
现在已有中端数码相机使用的CMOS彩色 图像传感器推出。 高端数码相机有2／3英寸CCD芯片830万 像素（有效像素为3,264×2,448），可输出 300dpi（每英寸点数）的10.88英寸×8.16英 寸幅面的相片。
放大器 R 景 物 镜 头 分 CCD G 色 彩色图像 镜 传感器 B
A/D 转换器
存储卡
取景器 电路
ASIC 集成电路
CPU
图5-10 数码相机基本结构
彩信手机 彩信手机也叫相机电话目前大都采用 CMOS彩色图像传感器。彩信手机的照相机 功能由相机模组（摄像头）实现。相机模组 组成如图5-11所示。 相机模组属于有彩信功能的手机的基本配 置，有内置式和外置式两种。外置式通过13 芯插头与手机上的插座连接，现在使用的已 基本都是内置式。开启面板上的照相功能键 后，就可进行照相。
5.1
CCD电荷耦合器件 CCD电荷耦合器件是按一定规律排列的 MOS（金属—氧化物—半导体）电容器组成 的阵列，其构造如图5-1所示。 在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约 1200A）的二氧化硅，再在二氧化硅薄层上 依次沉积金属或掺杂多晶硅形成电极，称为 栅极。该栅极和P型或N型硅衬底就形成了规 则的MOS电容器阵列。 再加上两端的输入及输出二极管就构成了 CCD电荷耦合器件芯片。
5.1.2 CCD图像传感器 MOS电容器实质上是一种光敏元件与移位寄存 器合而为一的结构，称为光积蓄式结构，这种结构 最简单。 但是因光生电荷的积蓄时间比转移时间长得多， 所以再生图像往往产生“拖尾”，图像容易模糊不 清。 另外，直接采用MOS电容器感光虽然有不少优 点，但它对蓝光的透过率差，灵敏度低。 现在更多地在CCD图像传感器上使用的是光敏 元件与移位寄存器分离式的结构，如图5-3所示。
CCD与CMOS图像传感器特点比较
一、CCD图像传感器
CCD，也被称为电荷耦合器件，是一种特殊的半导体器件，其基本原理是在半 导体上通过一系列的电荷感应和电荷转移过程来生成图像。这种传感器的主要 优点包括高灵敏度、低噪声、出色的色彩再现能力和相对较高的图像质量。
1、高灵敏度和低噪声：CCD的独特设计使其对光线非常敏感，而且能够将入射 的光线转化为电荷，从而在图像传感器中形成明暗对比。同时，其低噪声特性 使得图像的细节和清晰度得以保持。
CMOS与CCD图像传感器的未来发展趋势
随着技术的不断进步，CMOS和CCD图像传感器都在不断发展，以适应不断变化 的应用需求。在未来，这两种传感器的发展趋势可能包括：
1、CMOS传感器的高性能化：随着CMOS制造工艺的不断进步，CMOS传感器的性 能将得到进一步提升。例如，通过改进像素结构、增加读取速度等方式，可以 使得CMOS传感器在高分辨率、高灵敏度和高速读取等方面取得更好的表现。
2、色彩再现能力出色：CCD的Bayer滤波器设计可以提供优秀的色彩再现，从 而在色彩要求高的应用中，如彩色摄影和视频拍摄中表现出色。
3、图像质量较高：由于CCD的电荷转移特性，其可以提供较高的图像分辨率和 对比度，从而在图像的清晰度和细节方面表现出色。
二、CMOS图像传感器
CMOS，全称互补金属氧化物半导体，是一种常见的半导体制造工艺，被广泛应 用于各种电子设备中。在图像传感器领域，CMOS因其低功耗、高集成度和低成 本等优点而得到广泛应用。
3、实时图像处理能力：CMOS传感器通常与处理电路一起使用，可以实时进行 图像处理，这在一些需要即时反应的应用中非常有用，例如在无人驾驶汽车或 无人机中。
参考内容
引言
图像传感器在许多领域都有广泛应用，如摄影、监控、医疗成像和科学仪器等。 在图像传感器市场上，CMOS和CCD是最常见的两种技术，它们各有优缺点，各 有适用的场景。本次演示将对CMOS和CCD图像传感器进行比较研究，并探讨它 们的未来发展趋势。
CCD和CMOS传感器的原理及区别
CCD和CMOS传感器的原理及区别1.原理：CCD传感器是一种电容耦合方式的图像传感器。
它由大量的光电二极管和电荷转移通道构成，每个光电二极管负责转换一个像素的光强度为电荷。
当光照射到光电二极管上时，产生的电子会在电荷转移通道中移动，并最终被放大和读出。
CCD传感器通过将每个像素的电荷转移到电压转换器上，并将其转换为数字信号进行处理。
CMOS传感器采用的是很多个转换器的阵列，每个转换器负责一个像素的光电转换。
它通过在每个像素上放置一个光电转换器（photodiode）来实现光电转换的功能。
当光照射到光电转换器上时，产生的电荷会被转换为电流并放大。
每个像素的电荷转换和信号放大均在该像素内部进行，然后将信号转换为数字信号。
2.区别：2.1结构上的差异：CCD传感器中包含了大量的光电二极管和电荷转移通道，这些元件通过硅片上的电荷转移线连接在一起。
相比之下，CMOS传感器中每个像素都有自己的光电转换器和信号放大器，这些像素之间相对独立。
2.2功耗和集成度：CMOS传感器由于每个像素都有自己的转换器和信号放大器，因此可以实现更高的集成度。
而CCD传感器则需要更多的外部元器件来实现信号放大和处理，因此功耗相对较高。
2.3噪点和灵敏度：CMOS传感器中每个像素的转换器都可以进行个别调整，从而提高噪点和灵敏度的性能。
而CCD传感器在这方面的性能相对较差。
2.4帧率和响应速度：CMOS传感器的帧率和响应速度相对较高，每个像素操作独立，可以在更短的时间内进行读取和处理。
而CCD传感器由于采用电荷传递机制，其帧率和响应速度较慢。
2.5动态范围：CMOS传感器的动态范围相对较窄，在高光和低光强度之间的转换能力较弱。
而CCD传感器具有更宽的动态范围，可以在不同光照条件下提供更好的图像质量。
综上所述，CCD传感器和CMOS传感器在原理、结构和性能方面存在一些区别。
CMOS传感器由于其结构上的特点，具有功耗低、帧率高、响应速度快等优势，适用于需要高速图像采集的应用场景。
CMOS图像传感器与CCD的比较
摘要：上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念，CMOS图像传感器全称互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor），CCD 全称电荷耦合器件图像传感器（ CCD—Charge-couple Device）。
二者的研究几乎是同时起步的，固体图像传感器得到了迅速发展。
CMOS图像传感器由于受当时工艺水平的限制，图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。
CCD图像传感器因其光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点，一直主宰着图像传感器市场。
CMOS 和CCD图像传感器都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。
CMOS 和CCD的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上。
本文将详细介绍CMOS图像传感器与CCD至今的比较。
图11 CMOS和CCD图像传感器基本原理介绍1.1 CMOS图像传感器工作原理介绍图2所示为CMOS图像传感器工作原理框图。
光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷F电压转换#这种信号转换与读出技术的不同对两种图像传感器的结构、性能及其性能的限制产生明显的影响，相机的大部分功能集成在图像传感器芯片上，这使传感器的功能应用弹性较小，但由于集成度高、结构紧密CMOS相机可应用于小尺寸摄像,可适应恶劣的环境$具有更高的可靠性.图2 CMOS图像传感器工作原理框图其特点有：1）传感器内部芯片集成度高，而外围电路简单；2）光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷-电压转换。
图3 CCD图像传感器工作原理框图其特点有：1）曝光后光子通过像元转换为电子电荷包；2）电子电荷包顺序转移到共同的输出端；3）通过输出放大器将大小不同的电荷包转换为电压信号。
2 CMOS图像传感器与CCD的特性比较CMOS图像传感器与CCD相比具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD相比相对较低,由于具有上述特点，它适合大规模批量生产，适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用，如保安用小型(微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域CMOS图像传感器相比，具较好的图像质量和灵活性，仍然保持高端的摄像技术应用，如天文观察、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高性能工业摄像、大部分科学与医学摄像等应用CCD器件的灵活性体现为与采用CMOS器件相比,用户可构建更多不同的摄像系统CMOS图像传感器相比，在价格方面，目前几乎相等。
CMOS与CCD结构及工作原理的对比
CMOS与CCD结构及工作原理的对比固体CMOS本来是计算机系统内的一种重要芯片，它可保存系统引导所需的大量资料。
在20世纪70年代初，有人发现，将CMOS引入半导体光敏二极管后也可作为一种感光传感器，但在分辨率、噪声、功耗和成像质量等方面都比当时的CCD差，因而未获得发展。
随着CMOS工艺技术的发展，采用标准的CMOS工艺能生产高质量、低成本的CMOS成像器件。
这种器件便于大规模生产、其功耗低与成本低廉的特性都是商家们梦寐以求的。
如今，CCD与CMOS两者共存，CCD暂时还是“主流”，但CMOS将取代CCD而成为CCD是在MOS晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是MOS(金属—氧化物—半导体)电容结构。
它是在半导体P型硅(si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚度约1000Å〜1500Å的SiO2，再在SiO2表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个MOS电容器。
所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。
目前的CCD器件均采用光敏二极管代替过去的MOS电容器，即在P型Si衬底上扩散一个N+区域以形成P-N结二极管。
通过多晶硅相对二极管反向偏置，于是在二极管中产生一个定向电荷区(称之为耗尽区)。
在定向电荷区中，光生电子与空穴分离，光生电子被收集在空间电荷区中。
空间电荷区对带负电的电子而言、是一个势能特别低的区域，因此通常又称之为势阱。
投射光产生的光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容量，势阱容量与所加栅压近似成正比。
光敏二极管和MOS电容器相比，光敏二极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。
如果将一系列的MOS电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相。
分析CCD与CMOS五个方面互有优劣
分析CCD与CMOS五个方面互有优劣CCD和CMOS都是图像传感器的核心部分。
但其工作原理还是有很多不同的，也许大家会认为CCD成像清晰、噪点少，所以相对CMOS优势明显。
其实不然，虽然大量的ADC给CMOS带来了低噪点的缺陷，但也在其他方面显示出了极大的好处。
比较CCD与CMOS,它们在以下五个方面互有优劣：灵敏度由于CMOS每个像素包含一个感光二极管、一个电荷/电压转换单元、一个晶体管以及一个放大器，导致感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分。
过多的额外设备压缩单一像素的有效感光区域的表面积，因此在像素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。
直接的后果就是低照度环境下，CMOS无法像CCD 一样灵敏，成像清晰度大大降低。
成本CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。
如果专用通道中有一个像素故障，就会导致一整排的信号拥塞而无法传递。
因此CCD的良率比CMOS低。
而CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失，成本大为降低。
噪点由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的ADC放大器。
由于放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率严格一致，致使放大后的图像无法代表拍摄物体的原貌。
因此，对比每行只有单个放大器的CCD,CMOS最终计算出的噪点就比较多。
速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。
功耗CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外，电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；而CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。
CCD与COMS的区别优缺点
像机图像传感器应用现状自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控系统摄像机的核心器件。
CMOS与CCD技术自诞生以来，它们的抢位之争自诞生至今就没有停止过。
正如您所知道的一样，目前安防监控摄像机的图像传感器基础技术，主要也是CCD和CMOS两种技术。
目前市面上的模拟摄像机多是CCD为主，而网络摄像机特别是今年兴起的百万像素级高清网络摄像机，尤以CMOS技术应用居多。
其实CMOS图像传感器与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展，通常用于一些电脑摄像头、手机摄像头等对画质要求不高的电子产品等设备上，以至于CMOS成了低端的代名词。
而CCD器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素多等优点一直主宰着图像传感器市场。
由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为近年来研究的热点。
现在CMOS图像传感器不但应用于市场上千万像素级的中高端DSLR单反相机，也成为安防监控行业百万像素高清网络摄像机首选图像传感器件。
CMOS和CCD技术的差异CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
这种转换的原理与“太阳能电池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。
比较 CCD 和 CMOS 的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。
简单的说，CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至 CCD 旁的放大器进行放大，再串联 ADC 输出；相对地，CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着 ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。
CCD相机与CMOS相机的区别
CCD相机与CMOS相机的区别CCD相机是目前机器视觉较为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS相机的开发一早出现在20世纪70年代初，90年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI)制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。
1.信息读取方式CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂；CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号，信号读取十分简单。
2.输出信息速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。
3.电源及耗电量CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；COMS光电传感器在节能方面具有很大优势,光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10。
4.成像质量CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势；CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入使用。
(4.4.2)--4.5.2CMOS与CCD图像传感器对比
4.5 CMOS工作原理4.5.2 CMOS与CCD图像传感器对比CMOS与CCD图像传感器对比•光电转换原理相同，读出过程不同CMOS工作时，仅需工作电压信号CCD读取信号需多路外部驱动•集成性：CMOS强•噪声：CMOS大•功耗：CMOS是CCD的1/10•填充系数：CMOS低•访问灵活：CMOS强•价格：CMOS低•读出过程/数据传送方式差异CCD传感器电荷依次传送到下一像元，由最底端输出，再经由边缘的放大器进行放大输出CMOS传感器，每个像元都会邻接一个放大器及A/D转换电路，寻址读取差异原因：CCD的特殊工艺保证数据传送时不失真，因此各像元的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此必须先放大，再整合各像元的数据。
•工艺与成本CCD光敏单元阵列难与驱动电路及信号处理电路单片集成，不易处理一些模拟和数字功能；CCD阵列驱动脉冲复杂，需要使用相对高的工作电压，不能与深亚微米超大规模集成技术（VLSI）兼容，制造成本较高；大型CCD价格昂贵；CCD像素的提高已基本到极限。
CMOS与周边电路整合性高，芯片结构可方便与其它硅基元件集成，只需一路电源，体积减小；工艺更加符合目前集成技术流水线生产的理念，所以生产成本可以控制的更低，面阵做得更大。
•采样速度指传感器以最高的像素、最高的位深、最高的速度输出的能力•CCD传感器由于天生的工艺限制，很难提高其输出规格，发热和功耗无法避免。
•CMOS具备很强的扩展性能，X-Y寻址工作速度快，可实时开窗读出任意局部画面，提高感兴趣区域的帧频或行频。
•功耗CCD电源消耗较高：为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。
CMOS影像传感器将每一像元的电荷转化成电压，读取前将其放大，利用3.3V电源即可驱动，电源消耗量低。
•CCD图像质量和灵敏度高，保持高端的摄像技术应用，如天文观测、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高性能工业摄像、科学与医学摄像等。
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固体图像传感器CCD与CMOS的对比
目前，市场上应用的固体图像传感器主要有CCD与CMOS两种。本文从技术性能的角度将两者作比较。
CCD是一种用于捕捉图像的感光半导体芯片，广泛运用于扫描仪、复印机、摄像机及无胶片相机等设备。CCD没有能力记录和存贮图像数据，而是将图像数据不停留地送入一个A/D转换器、信号处理器与存贮设备，但可重复拍摄和即时调整，其影像可无限次复制而不降低质量，也方便永久保存。CMOS本来是计算机系统内的一种重要芯片，它可保存系统引导所需的大量资料。随着CMOS工艺技术的发展，采用标准的CMOS工艺能生产高质量、低成本的CMOS成像器件。这种器件便于大规模生产、其功耗低与成本低廉的特性都是商家们梦寐以求的。如今，CCD与CMOS两者共存，CCD暂时还是“主流”，但CMOS将取代CCD而成为图像传感器的主流。
由上知，CCD成像器件需在二、三、四相时钟驱动脉冲的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，所以速度较慢。
而CMOS成像器件在采集光电图像信号的同时就可取出电信号，它并能同时处理各单元的图像信息，所以速度比CCD成像器件快得多。由于CMOS成像器件的行、列电极可以被高速地驱动，再加上在同一芯片上做A/D转换，图像信号能快速地取出，因此它可在相当高的帧速下动作。如有些设计用来做机器视觉的CMOS，声称可以高达每秒1000个画面的帧速。
信息读取方式的对比
CCD光电成像器件存贮的电荷信息，需要在二相或三相或四相时钟驱动脉CMOS光电成像器件的光学图像信息经光电转换后产生电流或电压信号，这个电信号不需要像CCD那样逐行读取，而是从CMOS晶体管开关阵列中直接读取的，可增加取像的灵活性。而CCD绝无此功能。速度的对比